高層建筑物的防雷分析

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口的增長，建筑的高層化和智能化已成為城市發(fā)展的一種趨勢。由建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)公式N=KNgAe(詳見GB50057-94)可知，高層建筑比一般建筑遭雷擊的概率要大得多，而一旦遭受雷災(zāi),損失將非常嚴(yán)重,后果會不堪設(shè)想?？梢姡?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/高層建筑">高層建筑防雷系統(tǒng)的可靠性極為重要。
雷電的形成有多種原因，以負(fù)極性下行先導(dǎo)放雷為主。一般來說雷電的破壞形式有三類：直擊雷，即雷直接擊在建筑物和設(shè)備上而發(fā)生的機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)，一般建筑物易受直擊雷的部位多為屋檐、屋脊、屋角、檐角、女兒墻，還有雷電側(cè)擊高層建筑的問題；感應(yīng)雷，即雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)；雷電波侵入，雷電流沿電氣線路和管道引入建筑物內(nèi)部，危及設(shè)備安全。
在防雷保護(hù)設(shè)計中，一般采用三級保護(hù)措施：
（1）將絕大部分雷電流直接引入地下基礎(chǔ)接地裝置泄散；
（2）阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號線引入的過電壓；
（3）限制被保護(hù)設(shè)備浪涌過電壓幅值。
2. 高層建筑物的防雷
建筑物防雷系統(tǒng)是由避雷針、避雷網(wǎng)（帶）或混合組成的接閃器，主體結(jié)構(gòu)的柱、梁、板鋼筋或外接引下線組成的引下裝置，及利用基礎(chǔ)自然接地體（樁基、地梁、承臺或底板鋼筋）或人工接地體組成的接地裝置合成，整個建筑形成一個法拉第籠，將雷電流引入大地。以下對高層建筑具體的防雷措施進(jìn)行探討。

2.1 接地裝置
現(xiàn)代高層建筑的防雷接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地和工作接地都是合在一起的，組成綜合接地系統(tǒng)，接地電阻通常要求小于4Ω（鑒于目前高層建筑智能化設(shè)施日益增加，設(shè)計時接地電阻不宜大于1Ω）。因為高層建筑的鋼筋混凝土基礎(chǔ)埋地深，與大地的接觸面積大，其接地電阻比一般人工接地所得到電阻低得多，容易滿足上述要求?？紤]到大部分高層建筑的基礎(chǔ)均做了防水處理，致使接地電阻增大，應(yīng)盡量在建筑物周邊做圈式接地，周圈式接地可避開防水處理層，同時由于接地體埋在基礎(chǔ)的外邊，也具有均衡電位的效果，提高了安全性。某酒店及辦公為一體的高層綜合大樓就是遇到這種情況，加上大地土壤電阻率偏高，基礎(chǔ)完工測試接地電阻無法滿足設(shè)計要求，后采用上述方法處理，效果顯著。在大地土壤電阻率高的地區(qū)，當(dāng)一般做法的聯(lián)合接地體的接地電阻值難以滿足要求時，可以采用向外延伸接地體、改良土壤（換土、采用降阻劑）、深埋電極以及外引等方式。
2.2 接閃器
接閃器有避雷針、避雷帶（網(wǎng)）、消雷器等幾種，采用何種方式應(yīng)根據(jù)建筑物的造型及避雷效果而定。目前一般高層建筑較多采用避雷針、明裝避雷帶和暗裝避雷網(wǎng)相結(jié)合的方式，接閃器的布置應(yīng)符合下面要求。
建筑物30m以上部分，每兩層在外圍用扁鋼做暗敷水平避雷帶（可兼做均壓環(huán)及金屬預(yù)埋件）；樓頂可利用梁、板內(nèi)鋼筋相互焊接成尺寸不大于10*10m暗裝避雷網(wǎng)。此外，高層建筑的屋頂?shù)慕饘倨鞐U、廣告牌、鋼爬梯、風(fēng)冒、透氣管、水管、設(shè)備等必須與就近的避雷帶、避雷網(wǎng)焊接。利用不銹鋼欄桿樓梯的上人屋面女兒墻，可在其下暗敷扁鋼與支架和引下線焊接牢靠，欄桿間和支架也應(yīng)焊接。

塔樓頂采用避雷針時，為了降低避雷針的高度，增強(qiáng)防雷效果，可采用半導(dǎo)體少長針消雷裝置（一般用于35m以上的建筑）及避雷針。
2.3 引下線及均壓環(huán)
高層建筑柱主筋和梁板鋼筋可直接利用作為引下線和均壓環(huán)，但應(yīng)注意意引下線、接地裝置、均壓環(huán)和接閃器間必須牢固可靠地連接。當(dāng)建筑物高度超過30m時，每三層沿建筑物四周設(shè)置均壓環(huán)，30m以上外墻欄桿、金屬門窗等較大金屬物通過預(yù)埋件與均壓環(huán)或引下線相連；建筑物內(nèi)的各種豎向金屬管道每三層要與均壓環(huán)連接一次，平行或交叉的管道間也應(yīng)跨接。
高層建筑室外玻璃幕墻、大型復(fù)合金屬板及不銹鋼金屬面材的應(yīng)用增強(qiáng)了建筑的藝術(shù)效果，但同時也對防雷提出了要求。由于幕墻的面板是裝在金屬龍骨架由支座固定在主體結(jié)構(gòu)預(yù)埋件上，支座是與預(yù)埋件焊接的，所以只需將該處的梁或柱與支座預(yù)埋件、引下線可靠連接即可滿足要求。
2.4 電氣部分
由于高層建筑在結(jié)構(gòu)上已形成等位體，雷擊對電氣設(shè)備的損害主要是感應(yīng)雷造成的。感應(yīng)雷通過以下途徑入侵：
(1)雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵；
(2)由通信信號線路入侵；
(3)由交流供電電源線路入侵。
為防止雷電波侵入，在建筑物內(nèi)供電線路的各部位逐級安裝電涌保護(hù)器，以消除雷擊過電壓；進(jìn)入建筑物的各種線路及金屬管道應(yīng)全線埋地引入，在入戶端將電纜的金屬外皮、鋼皮及金屬管道應(yīng)與接地裝置連接；進(jìn)出建筑物的各種金屬管道及電氣設(shè)備的接地裝置，應(yīng)在進(jìn)出處與防雷接地裝置連接。

室外安裝有空調(diào)主機(jī)及其支架的高層住宅，應(yīng)在窗洞口下方30 cm~50cm處預(yù)先埋設(shè)密封性良好的金屬分線盒，盒內(nèi)敷設(shè)鍍鋅扁鐵。扁鐵的一端與主體內(nèi)均壓環(huán)或鋼筋引下線焊接，另一端與帶銅接線端子的10mm2以上的多股導(dǎo)線相連接，待使用時，將盒子內(nèi)的導(dǎo)線引出連接到空調(diào)室外機(jī)及其支架。
固定在建筑物上的彩燈、航空障礙燈及其它用電設(shè)備的線路則采用置于接閃器保護(hù)內(nèi)、線路外穿鋼管及配電箱裝設(shè)過電壓保護(hù)器等措施保護(hù)。
3. 結(jié)束語
高層建筑的防雷是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對建筑物的安全使用，電氣設(shè)備的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，在設(shè)計施工中除了嚴(yán)格遵守規(guī)范外，還應(yīng)積極采用可靠的新技術(shù)以更有效地消除雷害。